CH663466A5 - Method and apparatus for determining the position of an object relative to a reference. - Google Patents

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CH663466A5
CH663466A5 CH495083A CH495083A CH663466A5 CH 663466 A5 CH663466 A5 CH 663466A5 CH 495083 A CH495083 A CH 495083A CH 495083 A CH495083 A CH 495083A CH 663466 A5 CH663466 A5 CH 663466A5
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CH495083A
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Daniel Maurice Gross
Claus Daehne
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Battelle Memorial Institute
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Description

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour déterminer la position d'un élément de surface d'un objet par rapport à une échelle de référence, du type dans lequel on focalise un faisceau lumineux englobant une pluralité d'ondes lumineuses en une pluralité de points correspondant aux foyers de chaque onde, et l'on détermine la longueur d'onde dont le point de focalisation se trouve sur cet élément de surface. The present invention relates to a method and a device for determining the position of a surface patch of an object relative to a reference scale, of the type in which focuses a light beam including a plurality of light waves a plurality of points corresponding to each wave homes, and it is determined the wavelength whose focal point is located on this surface element.

On connaît déjà les brevets DE 19 62515, GB 2 077 421 et FR 1 506 196 décrivant un procédé et des dispositifs de ce genre. Are already known patents DE 19 62515, GB 2,077,421 and GB 1,506,196 describing a method and such devices.

Le brevet DE 19 62515 traite d'un capteur de distance optique sans contact, dans lequel un faisceau lumineux est focalisé en une 5 pluralité de foyers distincts. Patent DE 19 62515 addresses of an optical distance sensor without contact wherein a light beam is focused into a 5 plurality of separate outbreaks. Ce capteur permet de déterminer la position d'un objet se trouvant entre deux de ces foyers. This sensor determines the position of an object located between two of the outbreaks. On compare l'intensité respective des deux ondes lumineuses réfléchies par l'objet et convergeant en ces foyers. Comparing the respective intensity of the two light waves reflected by the object and converging these foci. La position de l'objet par rapport au capteur est définie lorsque ces ondes ont une intensité égale. The position of the object relative to the sensor is defined when these waves have an intensity equal. On io déplace le capteur pour obtenir cette égalité. Io It moves the sensor to obtain that equality. La position finale du capteur permet de situer l'objet. The final position of the sensor allows to locate the object. Ce capteur est en fait un capteur hybride, puisqu'il comporte un système de mesure mécanique (repérage de la position du capteur) et optique (localisation de l'objet par rapport au capteur). This sensor is actually a hybrid sensor, since it includes a mechanical measuring system (tracking the position of the sensor) and optical (location of the object relative to the sensor).

15 Le brevet GB 2 077 421 décrit un capteur optique et un procédé pour mesurer les déplacements d'un objet, où l'on focalise deux faisceaux monochromatiques de couleur différente, d'intensité égale, à axes confondus, pour obtenir deux points de focalisation distincts situés à égale distance d'un plan de référence. 15 GB 2,077,421 discloses an optical sensor and a method for measuring displacement of an object, which is focused two monochromatic beams of different color, of equal intensity, coincident axes, to obtain two focal points distinct equidistant from a reference plane. On mesure l'intensité 2q relative des ondes lumineuses des deux faisceaux, après réflexion par l'objet. 2q is measured relative intensity of the light waves of the two beams, after reflection by the object. Cette intensité relative peut être caractérisée par la différence ou par le quotient des intensités respectives des ondes lumineuses. The relative intensity can be characterized by the difference or the quotient of the respective intensities of light waves. L'évolution de la valeur de cette intensité relative est caractéristique des déplacements de l'objet. The evolution of the value of the relative intensity is characteristic of movements of the object.

25 Le brevet FR 1 506 196 a pour objet un dispositif de mesure sans contact destiné à focaliser deux ondes lumineuses de longueur d'onde distinctes, en deux points différents, mais à l'aide de deux systèmes optiques concentriques solidaires l'un de l'autre. 25 Patent FR 1506196 relates to a contactless measuring device for focusing two light waves of different wavelength, at two different points, but using two concentric optical systems integral with the 'other. De plus, ce dispositif comporte un système d'asservissement destiné à dépla-30 cer axialement les deux systèmes optiques de manière telle que les intensités des ondes réfléchies par la surface à localiser soient égales entre elles, la position de l'élément de surface étant alors définie par rapport au dispositif de mesure. In addition, this device comprises a servo system for MOVE-30 cer axially the two optical systems so that the intensities of waves reflected by the surface to locate are equal, the position of the surface element being then defined relative to the measuring device. Un tel dispositif est difficile à mettre en œuvre, d'une part, en ce qui concerne l'optique et, d'autre part, 35 en ce qui concerne le système d'asservissement, lequel comporte des organes mécaniques mobiles. Such a device is difficult to implement on the one hand, as regards the optical and the other 35 with respect to the servo system, which comprises mobile mechanical organs. Le dispositif est en conséquence mal adapté à des mesures de haute précision. The device is therefore unsuitable for high precision measurements.

Par ailleurs, dans les trois cas ci-dessus, on détermine la position d'un objet en comparant deux signaux optiques. Moreover, in all three cases above, the position is determined of an object by comparing two optical signals. La précision de 40 cette comparaison est à l'évidence liée à l'intensité des signaux. The accuracy of this comparison 40 is clearly related to the intensity of the signals. En conséquence, la précision et le pouvoir de résolution de tels capteurs sont très étroitement liés aux propriétés optiques de la surface de l'objet à situer. Accordingly, the accuracy and resolution of such sensors are able to very closely related to the optical properties of the surface of the object to locate.

On a par ailleurs proposé, dans la revue IBM Technical Disclo-45 sure vol. It was also proposed in the journal IBM Technical DISCLO-45 safe flight. 16, N° 2, pages 433-434, de focaliser un faisceau lumineux successivement de chaque côté d'une surface à localiser et d'analyser ensuite la lumière réfléchie par cette surface. 16, No. 2, 433-434 pages, successively focusing a light beam on each side of a surface to locate and then to analyze the light reflected from that surface. Cette solution rend impossible des mesures se succédant très rapidement dans le temps et est donc difficilement applicable à la mesure de la position d'objets 50 mobiles. This solution makes it impossible action succeeding quickly in time and is impractical to measure the position of moving objects 50.

La présente invention a pour but de remédier aux défauts des capteurs existants. The present invention aims to remedy the shortcomings of existing sensors.

A cet effet, l'invention a, tout d'abord, pour objet un procédé pour mesurer la position d'un élément de surface par rapport à une 55 référence, selon la revendication 1. To this end, the invention has, firstly, a method for measuring the position of a surface element with respect to a reference 55, according to claim 1.

L'invention a, de plus, pour objet un dispositif pour la mise en œuvre de ce procédé. The invention, furthermore, relates to a device for implementing this method.

Le dessin annexé illustre très schématiquement, et à titre d'exemple, deux formes d'exécution du dispositif selon l'invention, ainsi 60 qu'un diagramme explicatif. The accompanying drawing illustrates diagrammatically, and by way of example, two embodiments of the device according to the invention and 60 an explanatory diagram.

La figure 1 est une représentation schématique d'une première forme d'exécution du dispositif selon l'invention. Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of the device according to the invention.

La figure 2 est un diagramme explicatif représentant une courbe d'étalonnage. Figure 2 is an explanatory diagram showing a calibration curve.

65 La figure 3 est une représentation schématique d'une autre forme d'exécution du dispositif selon l'invention. 65 FIG 3 is a schematic representation of another embodiment of the device according to the invention.

Le dispositif de la figure 1 comprend une source de lumière polychromatique 1, générant un faisceau lumineux. The device of Figure 1 comprises a polychromatic light source 1 generates a light beam. L'axe 2 de ce fais The axis 2 of the am

3 3

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ceau est dirigé sur un élément de surface 4 dont la position est à déterminer. CWater is directed onto a surface element 4 whose position is to be determined. Une lentille holographique 3, à raies concentriques circulaires d'un type courant, focalise les diverses ondes constituant le faisceau en fonction de leur longueur d'onde respective Xlt X2,..., Xn. A holographic lens 3 in concentric circular lines of a common type, focuses the various waves forming the beam according to their respective wavelength Xlt X2, ..., Xn.

Si l'on ne prend en considération que les diffractions d'ordre 1, ces diverses ondes lumineuses sont focalisées en une pluralité de foyers (Fl5 F2,..., Fn) dont l'ensemble constitue un lieu de focalisation F. Pour ce type de lentille holographique, la distance focale est en première approximation proportionnelle à l'inverse de la longueur d'onde de l'onde focalisée. If one takes into account that the diffraction order 1, these various light waves are focused into a plurality of homes (FL5 F2, ..., Fn) which together constitute a place of focus F. For this type of hologram lens, the focal length is in first approximation proportional to the inverse of the wavelength of the wave focused. Un miroir semi-transparent 5 dirige les ondes lumineuses issues de la source 1 focalisées par la lentille 3 et réfléchies par l'élément de surface 4 vers une grille de diffraction concave 6. Cette grille de diffraction décompose le spectre de la lumière réfléchie par l'élément de surface et fait converger les ondes de ce spectre en des points distincts d'un réseau linéaire de photodétecteurs 7, comme un circuit CCD. A semitransparent mirror 5 directs light waves from the source 1 focused by the lens 3 and reflected by the surface element 4 towards a concave diffraction grating 6. The diffraction grating breaks up the spectrum of the light reflected by the surface element and focuses the waves of the spectrum into distinct points of a linear array of photodetector 7, such as a CCD circuit. La grille de diffraction 6 dévie les ondes lumineuses selon la relation: The diffraction grating 6 deflects the light wave according to the relation:

a-(sina+sinß)=kX a- (sina + sinß) = kX

où a est la distance séparant deux raies de la grille 6, where a is the distance between two lines of the grid 6,

a est l'angle d'incidence des ondes lumineuses, a is the angle of incidence of the light waves,

P est l'angle de diffraction de ces ondes, P is the angle of diffraction of these waves,

k est un nombre entier (pour les diffractions du 1er ordre, k = 1), k is an integer (for diffraction order 1, k = 1),

et and

X est la longueur d'onde de la lumière incidente. X is the wavelength of the incident light.

Les ondes du spectre de la lumière réfléchie, diffractées par la grille 6 et focalisées sur les photodétecteurs (P1; P2,..., P„) du réseau 7, ont une intensité d'autant plus grande que leurs foyers respectifs (Fl F2j ..., Fn) du lieu F sont proches de l'élément de surface 4. Un analyseur 8 compare entre elles les intensités respectives des signaux électriques (Ij, I2,..., I„) issus des photodétecteurs, représentatives de l'intensité respective des ondes lumineuses focalisées sur lesdits photodétecteurs, pour rechercher l'onde X2 du spectre de la lumière réfléchie dont l'intensité est maximale. The waves of the spectrum of the reflected light diffracted by the grating 6 and focused on the photosensors (P1, P2, ..., P ") of the network 7, have a much greater intensity than their respective homes (Fl F2J ... Fn) of location F are close to the surface element 4. An analyzer 8 compares together the respective intensities of electrical signals (Ij, I2, ..., I ") from the photodetector representative of the respective intensity of the light waves focused on said photodetectors, to find the wave X2 of the reflected light spectrum whose intensity is maximum. Un calculateur 9 introduit cette longueur d'onde X2 dans une fonction d'étalonnage r (X) A calculator 9 introduces this X2 wavelength in a calibration function r (X)

propre à la lentille 3. Cette fonction associe une distance de focalisation à chaque onde focalisée par la lentille. clean the lens 3. This function combines a focusing distance to each wave focused by the lens.

La figure 2 montre un exemple de courbe d'étalonnage d'une lentille holographique à 270 raies concentriques circulaires, dont la raie extérieure a environ 5 mm de diamètre. 2 shows an example of a calibration curve of a holographic lens 270 concentric circular lines, the outer stripe about 5 mm in diameter. Les distances de focalisation sont représentées en abscisse et les longueurs d'onde en ordonnée. focusing distances are represented on the abscissa and the wavelength on the ordinate. Pour obtenir cette courbe, on a focalisé six faisceaux lumineux monochromatiques de longueur d'onde connue au moyen de la lentille holographique à étalonner. For this curve, it was focused six monochromatic light beams of known wavelength through the holographic lens to be calibrated. On a ensuite placé un miroir dans le lieu de focalisation de la lentille, et l'on a mesuré, pour chaque faisceau, la position du miroir pour laquelle l'intensité de la lumière réfléchie était maximale. a mirror was then placed in the place of the focusing lens, and was measured for each beam, the mirror position for which the intensity of reflected light was maximized.

Le calculateur 9 génère un signal Xj =r(X2). The computer 9 generates a signal Xj = r (X2). Ce signal est caractéristique de la position de l'élément de surface 4 par rapport à un point de référence ou une échelle de référence. This signal is characteristic of the position of the surface element 4 with respect to a reference point or a reference scale. La position du point de référence, respectivement la position de l'échelle de référence, est définie par la courbe d'étalonnage v(X). The position of the reference point, respectively the position of the reference scale, is defined by the calibration curve v (X). Le point de référence peut par exemple être constitué par la lentille 3. L'échelle de référence peut notamment être constituée par tout ou partie du lieu de focalisation F. The reference point may for example be constituted by the lens 3. The reference level can in particular be constituted by all or part of F. focusing place

Pour certains modèles de lentilles holographiques à raies circulaires, il est possible de mesurer les diffractions d'ordre 2 et même parfois les diffractions d'ordre supérieur à 2. Les diffractions du deuxième ordre focalisent une portion des ondes de longueur d'onde For some holographic lens models circular lines, it is possible to measure the diffraction order 2 and sometimes even order diffractions greater than 2. The second order diffractions of the focus a portion of the wavelength of waves

X2,..., X„ sur des foyers F'l5 F'2j ..., F'„ constituant un lieu de focalisation secondaire F' situé entre le lieu de focalisation F et la lentille. X2, ..., X "on F'l5 F'2j homes ..., F" constituting a place of secondary focus F 'located between the place of focus F and the lens. L'intensité des ondes focalisées en F' est plus faible que celle des ondes focalisées en F. Il est malgré tout possible d'analyser le spectre de lumière réfléchie par un éventuel objet placé dans ce lieu de focalisation secondaire. The intensity of focussed waves in F 'is lower than that of waves focused in F. It is however possible to analyze the spectrum of light reflected from a possible object placed in the area of ​​secondary focusing. Il est ainsi possible de définir au moins deux lieux de focalisation pour chaque lentille holographique et donc de définir au moins deux domaines de mesure distincts pour un même capteur. It is possible to define at least two focus areas for each holographic lens and thus to define at least two separate areas of measurement for the same sensor.

Une portion de lumière du faisceau issu de la source 1 est réfléchie par la lentille holographique 3. Cette lumière parasite se superpose aux ondes réfléchies par l'élément de surface 4, constituant ainsi une source non négligeable de bruit de fond. A portion of the light beam from the source 1 is reflected by the holographic lens 3. This stray light is superimposed to the waves reflected by the surface element 4, thus providing a significant source of background noise. Dans une 5 deuxième forme d'exécution de l'invention, il est possible de remédier à ce défaut en remplaçant la lentille 3 à raies concentriques circulaires par une lentille à raies concentriques légèrement elliptiques, inclinée d'une fraction de degré d'angle par rapport au plan normal à l'axe 2 du faisceau lumineux. 5 in a second embodiment of the invention, it is possible to remedy this defect by replacing the lens 3 in concentric circular lines by a lens to slightly elliptical concentric lines, inclined at a fraction of a degree of angle relative to the plane normal to the axis 2 of the light beam. Cette disposition permet de diriger la 10 portion de lumière parasite réfléchie par la lentille hors du faisceau d'ondes réfléchies par l'élément de surface 4. This arrangement makes it possible to direct the portion 10 of stray light reflected by the lens outside the wave beam reflected by the surface element 4.

Dans une troisième forme d'exécution de l'invention, il est avantageux de disposer un diaphragme 10, entre le miroir 5 et la grille de diffraction concave du système d'analyse spectrale, à l'endroit de 15 section minimale du faisceau lumineux réfléchi par l'élément de surface. In a third embodiment of the invention, it is advantageous to have a diaphragm 10 between the mirror 5 and the concave diffraction grating of the spectral analysis system, at the point of minimum section 15 of the reflected light beam by the surface element. Ce diaphragme permet d'éliminer du faisceau réfléchi une partie des ondes focalisées hors de l'élément de surface 4, pour mieux mettre en évidence l'onde focalisée sur l'élément de surface. This diaphragm eliminates the reflected beam part focussed waves out of the surface element 4, to better highlight the wave focused on the surface element. Ce diaphragme améliore par conséquent le pouvoir de résolution du 20 capteur. This diaphragm therefore improves the 20 sensor resolution.

Dans une quatrième forme d'exécution du dispositif selon l'invention, un système optique classique amovible, constitué d'au moins une lentille réfractive, est placé entre la lentille 3 et son lieu de focalisation F. Il permet d'adapter une seule lentille à de nombreuses 25 applications différentes, en déplaçant à volonté le lieu F par rapport à la lentille 3. In a fourth embodiment of the device according to the invention, a conventional optical system removably, comprising at least one refractive lens is placed between the lens 3 and place focus F. It allows to adapt a single lens to many different applications 25, moving at will the location F with respect to the lens 3.

Dans une cinquième forme d'exécution du dispositif selon l'invention, il est possible d'utiliser une lentille réfractive à aberration chromatique élevée, en lieu et place de la lentille holographique 3, 30 pour focaliser les ondes lumineuses du faisceau 2 en une pluralité de foyers F1; In a fifth embodiment of the device according to the invention, it is possible to use a refractive lens with high chromatic aberration, instead of the holographic lens 3, 30 for focusing the light waves of the beam 2 in a plurality F1 homes; F2,..., F„. F2, ..., F ".

Dans une sixième forme d'exécution du dispositif selon l'invention, on utilise une lentille holographique à raies parallèles, dite lentille holographique cylindrique. In a sixth embodiment of the device according to the invention, a holographic lens is used to parallel rays, said cylindrical holographic lens. Ce type de lentille se distingue des 35 lentilles à raies circulaires par la forme de son lieu de focalisation constitué d'une pluralité des foyers Flt F2, F„ en forme de segments de droites parallèles aux raies de la lentille. This type of lens 35 differs from lens to circular lines by the shape of its place focusing comprised of a plurality of homes Flt F2, F "in the form of parallel straight segments to the lens stripes.

Cette forme d'exécution peut être utilisée pour mesurer la distance séparant deux éléments de surface adjacents a et b, non copla-40 naires. This embodiment can be used to measure the distance between two adjacent surface elements a and b, not copla-40 ners. Dans ce cas, le système d'analyse du spectre de la lumière réfléchie met en évidence deux ondes lumineuses X3 et Ab focalisées sur l'élément de surface a, respectivement sur l'élément de surface b. In this case, the reflected light spectrum analysis system shows two light waves X3 Ab and focused on the surface element has respectively on the surface element b. La distance cherchée est la différence des distances respectives de chaque élément de surface à la lentille. The desired distance is the difference of respective distances of each surface element to the lens. Ces distances sont détermi-45 nées comme précédemment à l'aide de la courbe d'étalonnage propre à la lentille à raies parallèles. Distances are born détermi-45 as above using the own calibration curve with the lens to parallel rays. Cette forme d'exécution permet de plus de trouver la position latérale dans le lieu de focalisation de la ligne de séparation des éléments de surface a et b par la comparaison de l'intensité relative des ondes et réfléchies par chacun desdits 50 éléments de surface. This embodiment further allows to find the lateral position in the place of focusing the separation line of the surface elements a and b by the comparison of the relative intensity of the waves and reflected by each of said surface elements 50.

La figure 3 décrit une septième forme d'exécution de l'invention utilisant une fibre optique multimode 26, dont le diamètre est compris entre 0,1 et 0,6 mm reliant une tête de mesure 20 et un système optoélectrique 21. Ce système 21 est destiné à générer un 55 faisceau lumineux polychromatique et à analyser la lumière réfléchie par un élément de surface 31 dont on cherche la position. Figure 3 depicts a seventh embodiment of the invention using a multimode optical fiber 26, whose diameter is between 0.1 and 0.6 mm connecting a measuring head 20 and an optoelectric system 21. This system 21 for generating a polychromatic light beam 55 and to analyze the light reflected by a surface element 31 which it is desired position. Une source lumineuse polychromatique 22 permet de diriger un faisceau divergent vers une première lentille réfractive 23 destinée à rendre ce faisceau parallèle. A polychromatic light source 22 is used to direct a divergent beam to a first refractive lens 23 designed to make this parallel beam. Une seconde lentille réfractive 24 focalise ledit 60 faisceau sur la première extrémité 25 de la fibre optique 26 fixée par un connecteur 27. Un second connecteur 29 rend la seconde extrémité 28 de la fibre optique 26 solidaire de la tête de mesure 20. L'extrémité 28 agit comme source lumineuse ponctuelle et dirige les ondes constituant le faisceau issu de la source 22 sur une lentille ho-65 lographique 30. Cette lentille fait converger les ondes lumineuses en fonction de leur longueur d'onde respective, pour former un lieu de focalisation F. Les ondes réfléchies par l'élément de surface 31 sont focalisées par la lentille 30 sur l'extrémité 28 de la fibre optique 26. A second lens 24 focuses said refractive beam 60 on the first end 25 of the optical fiber 26 attached by a connector 27. A second connector 29 makes the second end 28 of the optical fiber 26 fixed to the measuring head 20. The end 28 acts as a point light source and directs the waves forming the beam from the source 22 on a ho-65 lographique lens 30. This lens focuses the light waves according to their respective wavelength, to form a place of focus F. the waves reflected by the surface element 31 are focused by the lens 30 on the end 28 of the optical fiber 26.

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L'extrémité 25 agit comme source ponctuelle d'ondes lumineuses réfléchies par l'élément de surface 31, pour diriger celles-ci sur la lentille 24 dont le rôle est de former un faisceau parallèle auxdites ondes réfléchies. The end 25 acts as a point source of light waves reflected by the surface element 31, to direct them onto the lens 24 whose role is to form a parallel beam to said reflected waves. Un miroir semi-transparent 32, placé entre les lentilles 23 et 24, dirige le faisceau parallèle des ondes réfléchies vers une lentille réfractive convergente 33. La lentille 33 dirige ces ondes sur une grille de diffraction 34 analogue à la grille 6 de la figure 1. Les ondes diffractées par la grille 34 sont dirigées sur un réseau de photodétecteurs 35, analogue au réseau 7 de la figure 1. Les signaux électriques issus des photodétecteurs sont traités par un ensemble logique 36 associant les fonctions du comparateur 8 et du calculateur 9 de la figure 1. A semi-transparent mirror 32 placed between the lenses 23 and 24, direct the parallel beam of waves reflected towards a convergent refractive lens 33. The lens 33 directs these waves on a diffraction grating 34 similar to the gate 6 of Figure 1 . the waves diffracted by the grating 34 are directed onto an array of photodetectors 35, similar to the network 7 of Figure 1. the electrical signals from the photodetectors are processed by a logic unit 36 ​​combining the functions of the comparator 8 and the computer 9 Figure 1.

Il faut relever que, dans cette forme d'exécution, un diaphragme tel que le diaphragme 10 de la figure 1 n'est pas utile, car l'entrée 28 de la fibre optique 26 a un effet analogue à ce diaphragme en ce qui concerne l'élimination d'une partie des réflexions parasites sur la lentille holographique 30. It should be noted that in this embodiment, a diaphragm as the diaphragm 10 in Figure 1 is not useful because the inlet 28 of the optical fiber 26 has a similar effect to the diaphragm with respect removing a portion of the parasitic reflections on the holographic lens 30.

A titre d'exemple d'application du capteur selon l'invention, il est possible de mesurer la largeur d'une pièce mécanique. As an exemplary application of the sensor according to the invention, it is possible to measure the width of a mechanical part. Dans ce but, deux capteurs placés en opposition de part et d'autre de la pièce à mesurer permettent de trouver la largeur de ladite pièce par la relation: For this purpose, two sensors placed in opposition to each side of the part to be measured used to find the width of said part by the relationship:

X=d—Xj—X2 X = d-Xi-X2

avec: X = dimension cherchée, with: X = dimension sought,

d = distance séparant les deux capteurs, d = distance between the two sensors,

Xi = distance séparant la pièce du premier capteur, X2 = distance séparant la pièce du deuxième capteur. Xi = distance between the part of the first sensor, X2 = distance between the part of the second sensor.

Le capeur selon l'invention permet évidemment d'effectuer des mesures dynamiques en étudiant les modifications du spectre de la 5 lumière réfléchie en fonction du temps. The capeur according to the invention of course allows for dynamic measurements by studying changes in the spectrum of the reflected light 5 in function of time. L'analyse de ce spectre à intervalles réguliers permet de mesurer les déplacements d'un élément de surface. The analysis of this spectrum at regular intervals to measure the displacements of a surface element. Cette dernière variante d'utilisation peut notamment trouver une application dans l'asservissement en position, en vitesse, ou en accélération, d'un bras de robot. This latter variant of use may in particular find application in the position control, speed, or acceleration, of a robot arm.

io Les exemples d'application mentionnés ne constituent pas une liste exhaustive: le dispositif selon l'invention pourra avantageusement être utilisé dans tous les cas où une mesure de distance sans contact est souhaitable. io The application examples mentioned do not constitute an exhaustive list: the device according to the invention may advantageously be used in all cases where a contactless distance measurement is desirable.

Il faut noter que le système d'analyse du spectre lumineux décrit 15 ci-dessus est donné à titre d'exemple. Note that the analysis system 15 of the light spectrum described above is given by way of example. Il sera, par exemple, possible d'utiliser un système d'analyse comportant une grille de diffraction animée de mouvements oscillatoires pour diriger successivement chaque onde diffractée sur un photodétecteur unique. It will, for example, possible to use an assay system comprising a moving diffraction grating oscillatory movements for successively directing each diffracted wave on a single photodetector. Lorsque le photodétecteur mesurera une intensité lumineuse maximale, la posi-20 tion correspondante de la grille sera représentative de la position de l'élément de surface dans le lieu de focalisation de la lentille, donc de la distance séparant l'élément de surface du capteur. When the photodetector will measure a maximum luminous intensity, 20 posi-tion corresponding to the grid will be representative of the position of the surface element in place of the focusing lens, so the distance between the sensor surface element . Dans une autre forme d'exécution du système d'analyse du spectre de la lumière réfléchie, la grille de diffraction pourrait être fixe et le photodétecteur 25 mobile. In another embodiment of the spectrum analysis system of the reflected light, the diffraction grating may be fixed and the mobile 25 photodetector.

R R

1 feuille dessins 1 drawings sheet

Claims (8)

663 466 663466
1. Procédé pour mesurer la position d'un élément de surface (4) par rapport à une échelle de référence, selon lequel on forme un faisceau lumineux (2) englobant une pluralité d'ondes lumineuses (Xj, X2,..., Xn) de longueurs d'onde différentes et d'amplitudes sensiblement égales et que l'on focalise lesdites ondes lumineuses en des points distincts (Flt F2,Fn) situés le long d'un axe, ces points constituant ladite échelle de référence, la position de chacun desdits points le long de l'axe étant définie par la distance focale propre à chaque onde, chaque distance focale étant caractéristique d'une seule longueur d'onde, caractérisé par le fait que l'on décompose le spectre de la lumière réfléchie par l'élément de surface (4), que l'on mesure l'intensité respective des ondes constituant ledit spectre et que l'on compare ces intensités entre elles pour déterminer l'onde dont l'intensité est maximale, cette onde étant caractéristique de la position dudit é 1. A method for measuring the position of a surface element (4) relative to a reference scale, wherein forming a light beam (2) including a plurality of light waves (Xj, X2, ..., xn) of different wavelengths and substantially equal amplitudes and that said light wave is focused at distinct points (Flt F2, Fn) located along an axis, these points forming said reference level, position of each of said points along the axis being defined by the proper focal length for each wavelength, each focal length being characteristic of a single wavelength, characterized in that the decomposed spectrum of light reflected by the surface element (4), which measures the respective intensity of the waves constituting said spectrum and comparing these intensities with each other to determine the wave whose intensity is maximum, this wave being characteristic of the position of said é lément de surface par rapport à ladite échelle de référence. lement surface with respect to said reference scale.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on sélectionne une partie des ondes constituant le faisceau de lumière réfléchie par l'élément de surface, avant de décomposer le spectre dudit faisceau de lumière. 2. Method according to claim 1, characterized in that one selects some of the waves constituting the light beam reflected by the surface element prior to decompose the spectrum of said light beam.
2 2
REVENDICATIONS
3. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant une source de lumière polychromatique (1) dont le faisceau (2) englobe une pluralité d'ondes lumineuses (Ä,x, X2, ..., X„) d'amplitude sensiblement égale, caractérisé par le fait qu'il comprend, de plus, une lentille (3) focalisant chaque onde lumineuse de ce faisceau en un point distinct (Fj, F2,..., Fn), caractéristique de la longueur d'onde respective, l'ensemble de ces points (F^ F2,..., F„) constituant un lieu de focalisation dudit faisceau (2), l'élément de surface (4) dont on entend mesurer la position étant destiné à être placé en un point dudit lieu, des moyens pour analyser le spectre du faisceau lumineux réfléchi par cet élément de surface (4), des moyens pour déterminer la longueur d'onde de la composante de ce spectre dont l'intensité lumineuse est maximale, et des moyens pour déterminer la position dans ledit lieu du foyer de cette composante et, partant, celle 3. Device for implementing the method according to claim 1, comprising a polychromatic light source (1) whose beam (2) includes a plurality of light waves (A, X, X2, ..., X " ) of substantially equal amplitude, characterized in that it further comprises a lens (3) focusing each of the light wave beam into a distinct point (Fj, F2, ..., Fn), characteristic of respective wavelength, all of these points (F ^ F2, ..., F ") constituting a location for focusing said beam (2), the surface element (4) which means measure the position being intended to be placed at a point of said location, means for analyzing the spectrum of the light beam reflected by this surface member (4), means for determining the wavelength of the component of the spectrum which the light intensity is maximum, and means for determining the position in said location of the outbreak of this component and thereby the de l'élément de surface. of the surface element.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la lentille focalisant chaque onde lumineuse est une lentille holographique à raies concentriques circulaires. 4. Device according to claim 3, characterized in that the lens focusing each light wave is a holographic lens with circular concentric stripes.
5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la lentille focalisant chaque onde lumineuse est une lentille holographique à raies concentriques de forme elliptique et est placée dans un plan incliné par rapport au plan normal à l'axe du faisceau lumineux. 5. Device according to claim 3, characterized in that the lens focusing each light wave is a holographic lens with concentric lines of elliptical shape and is placed in a plane inclined relative to the plane normal to the axis of the light beam.
6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la lentille focalisant chaque onde lumineuse est une lentille réfractive à aberration chromatique élevée. 6. Device according to claim 3, characterized in that the lens focusing each light wave is a refractive lens with high chromatic aberration.
7. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comprend de plus un système optique classique constitué d'au moins une lentille réfractive, entre la lentille focalisant chaque onde lumineuse et son lieu de focalisation. 7. Device according to claim 3, characterized in that it comprises a conventional optical system consisting of at least one refractive lens, between the lens focusing each light wave and place of focusing.
8. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comprend de plus un diaphragme pour sélectionner une portion des ondes constituant le faisceau d'ondes réfléchies par l'élément de surface. 8. Device according to claim 3, characterized in that it further comprises a diaphragm for selecting a portion of the waves forming the beam of waves reflected by the surface element.
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